视觉检测技术MATLAB数字图像处理Word格式.docx
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2．R.C.,R.E.,S.L.。
《数字图像处理》（版）。
电子工业出版社，2005。
3．徐飞，施晓红。
《应用图像处理》。
西安：
西安电子科技大学出版社，
2002。
三、实验方案
此方案为参考方案，鼓励学生提出自己的方案。
实现直方图均衡化的实现步骤：
1.列出原始图像的灰度级
其中L是灰度级的个数。
2.统计各灰度级的像素数目
。
3.计算原始图像直方图各灰度级的频数
，其中n为原始图像总的像素数目。
4.计算累积分布函数
5.应用以下公式计算映射后的输出图像的灰度级
，P为输出图像灰度级的个数：
其中，为取整符号
6．统计映射后各灰度级的像素数目
7．计算输出直方图
8．用
的映射关系修改原始图像的灰度级，从而获得直方图近似为均匀分布的输出图像。
四、实验（设计）仪器设备和材料清单
1．计算机1台/每人
五、考核形式
1．验收调试结果；
2．实验报告
六、实验报告要求
1．技术路线；
2．程序；
3．运行结果；
4．心得体会
七、思考题
1．直方图均衡化的目的是使图像直方图尽可能地分布均匀，你有什么改进的思路？
2．你是如何理解步骤5的？
3.对实验中遇到的问题，进行讨论。
附录一：
数字图像处理
1简介
1．1主要用途及特点
主要用途：
算法研究
主要特点：
语句功能强大；
不能生成可执行文件。
1．2工作环境
1．2．1桌面
桌面包括5个子窗口：
命令窗口、工作空间窗口、当前目录窗口、历史命令窗口、一个或多个图形窗口（仅在用户显示图形式出现）。
命令窗口是用户在提示符（>
>
）处键入命令和表达式的地方，也是显示那些命令输出的地方。
工作空间窗口显示对话中创建的变量和它们的某些信息。
当前目录窗口显示当前目录的内容（即路径）。
历史命令窗口包含用户已在命令窗口中输入的命令的纪录。
1．2．2使用编辑器创建M文件
1．2．3获得帮助
（1）<
函数名>
（2）<
关键词>
2数字图像的读取、显示、保存、数据类型和图像类型、数据类型间的转换、图像类型间的转换
2．1图像的读取
语法：
（‘’）
说明：
读取图像
格式名称
描述
可识别扩展符
加标记的图像文件格式
联合图像专家组
图形交换格式
位图
可移植网络图形
X转储
语法：
[M,N]（‘’）
说明：
给出一幅图像的行数和列数
2．2图像的显示
（f,G）
（f,[]）
G是显示该图像的灰度级数；
小于或等于的值都显示为黑色，大于或等于的值都显示为白色。
[]自动将变量设置为f的最小值，将设置为f的最大值。
2．3图像的保存
（f,‘’）
保存图像
练习1
f=（‘’）;
[M,N]=（f）;
g=（‘’）;
（f）;
（g）;
%显示另一幅图像
（f,‘s2’）
（'
'
）;
（f）;
（g）;
2．4数据类型
名称
双精度浮点数，范围为-10（308）~10（308），8字节
8
无符号8比特整数，1字节
16
无符号16比特整数，2字节
32
无符号32比特整数，4字节
有符号8比特整数，1字节
有符号16比特整数，2字节
有符号32比特整数，4字节
单精度浮点数，范围为-10（38）~10（38），4字节
字符
值为0或1
四种常用类型：
，8，，。
2．5图像类型
名称
亮度图像
8类范围为[0255]、类归一化为[01]
二值图像
图像取值只有0和1的逻辑数组
索引图像
图像
彩色图像
2．6数据类与图像类型间的转换
2．6．1数据类间的转换
B=（A）
举例：
若A是8位图像，则B=（A）转换为双精度图像。
2．6．2图像类型间的转换
函数名称
将输入转换为
有效的输入图像数据类
28
8,16和
216
8,16和
练习2
[12;
34];
2（f）;
2（g,0.6）%0.6a
3亮度变换与空间滤波
3．1亮度变换函数
3．1．1基本亮度变换函数
（f,[],[]）
将图像f中的亮度值影响到g中的新值，即将至之间的值映射到至之间的值，以下的值映射为，以上的值映射为。
参数指定了映射曲线的形状。
练习3
f=（‘’）;
g1（f,[01],[10]）;
（g1）;
g2（f,[0.50.75],[10],0.5）;
（g2）;
3．1．2对比度拉伸变换
对数变换方法：
*（1（f））
对数变换的一项主要应用是压缩动态范围，常用于傅里叶频谱显示。
练习4
%
（F）;
%将变换原点移到频率矩形的中心。
（（）,[]）;
S2=（1+（））;
（S2,[]）;
对比度拉伸方法：
1（1+（（（f））.^E）
是浮点数的相对精度，可避免f出现0值时的溢出现象。
3．2直方图处理与函数绘图
3．2．1生成并绘制图像的直方图
（f,b）
（f,b）1（f）
b是用于形成直方图的灰度级的个数。
p是归一化直方图。
1（f）是求图像所有像素的灰度和的一个形式化的函数，需要自己编写。
例如：
（f）,（s），这两条语句合在一起，就实现了图像所有像素的灰度求和。
练习5
（f）;
3．2．2直方图均衡化
（f,）
是为输出图像制定的灰度级数。
练习6
（‘’）;
%自动设定y轴坐标范围和刻度
（f,256）;
3．3空间滤波
3．3．1线性空间滤波
（f,w,,,）
w为滤波掩模
选项
描述
滤波类型
‘’
滤波器通过使用相关来完成。
该值是默认值。
滤波器通过使用卷积来完成
边界选项
P
输入图像的边界通过用值P来扩展。
P的默认值为0。
图像大小通过复制外边界的值来扩展。
图像大小通过反射其边界来扩展。
图像大小通过将图像看成是一个二维周期函数的一个周期来扩展
大小选项
输出图像的大小与被扩展图像的大小相同
输出图像的大小与输入图像的大小相同
练习7
（31）;
%单位矩阵掩模
（）;
（,[]）;
3．3．2非线性空间滤波
略。
3．4图像处理工具箱的标准空间滤波器
3．4．1线性空间滤波器
（‘’）
见下表
练习8
w4（‘’,0）
w8=[111;
1-81;
111];
g4（f,（f,w4,‘’））;
g8（f,（f,w8,‘’））;
（g4）;
（g8）;
3．4．2非线性空间滤波器
2（f,,）
使用邻域的一组排序元素中的第个元素来代替f中的每个元素，而该邻域则由中的非零元素指定。
2（f,[mn]）
中值滤波器。
指定了三个可能的边界填充选项之一。
‘’（默认值）。
‘’，镜像反射。
‘’，类图像，以1填充，否则以0填充。
练习9
（f,‘&
’,0.2）;
%加椒盐噪声
2（）;
J=2（I,[mn]）
进行二维适应性去噪过滤处理（维纳滤波）。
练习10
I=（'
J=（I,'
0,0.005）;
%加高斯噪声
K=2（J,[55]）;
（J）
（K）
4频域处理
4．1在中计算并可视化二维
练习11
%计算傅里叶频谱
（S,[]）;
频域滤波
4．2．1注意事项
假设函数f（）和h（）的大小分别为A×
B和C×
D，为了避免卷积运算造成的折叠误差（即混叠失真），必须通过对f和g补零，构造两个大小均为P×
Q的扩充寒暑，才能在频率域中进行运算。
其中，P、Q必须满足：
4．2．2滤波的基本步骤
1、对f和g进行补零。
2、对f和g分别进行傅里叶变换，得到频域F和H。
3、将变换乘以滤波函数
.*F;
4、获得G的傅里叶逆变换的实部：
（2（G））;
5、讲左上部的矩形修建为原始大小：
（1（f,1）,1（f,2））;
练习12：
根据滤波的基本步骤，进行编程实现。
从空间滤波器获得频率滤波器
2（h,M,N）
M、N是滤波器的行数和列数，由被滤波的图像大小决定，是补零
的结果。
2（h,R,C）
计算滤波器的频率响应。
练习13
h=[111;
2（h,50,50）;
在频率域中直接生成滤波器
练习题14：
编程实现在频率域中生成巴特沃兹低通滤波器（或高通滤波器，或高通强调滤波器）。
5形态学图像处理
5．1膨胀和腐蚀
5．1．1膨胀
A2（A,B）
B是结构元（由0和1组成的矩阵）。
练习15
（‘’）;
[010;
111;
010];
A2（A,B）;
（A）;
（A2）;
5．1．2结构元的生成
（,）
见下表。
5．1．3腐蚀
A2（A,B）
练习16
（‘’,1）;
A2（A,）;
（A2）;
5．2膨胀和腐蚀的组合
5．2．1开运算和闭运算
（A,B）和（）
练习17
（‘’,5）;
（）;
5．2．2击中击不中变换
（A,B1,B2）
练习18
B1（[0000;
0111;
0110]）;
B2（[1111;
1000;
1001]）;
（f,B1,B2）;
5．2．3形态学函数
（f,,n）
该函数可基于膨胀、腐蚀和查找表的组合实现许多有用的操作，n是一个用于指定将被重复操作次数的正整数。
说明见下表。
练习19
G1（f,‘’,1）;
G2（f,‘’,1）;
（f,‘’,）;
（G1）;
（G2）;
5．3标记连通分量
[L,]（f,）
用于指定连接类型（4连接获8连接），给出所找到的连接分量总数，L成为标记矩阵。
练习20
（‘1’）;
[]（f）;
[]（L==3）;
（r）;
（c）;
（,,‘’,‘o’,‘’,‘k’,‘’,‘k’,‘’,10）;
（,,‘’,‘*’,‘’,‘w’）;
5．4形态学重构
5．4．1由重构做开运算
练习21
（（51,1））;
（,f）;
5．4．1填充孔洞
（f,‘’）
5．4．2清除边界对象
6图像分割
6．1点、线和边缘检测
6．1．1点检测
点检测模板w：
-1
检测方法：
（（（f）,w））>
练习22
[-1-1-1;
-18-1;
-1-1-1];
（（（f）,w））;
（g（:
））;
*0.5;
;
6．1．2线检测
水平模板、+45度模板、垂直模板、-45度模板。
练习23
[2-1-1;
-12-1;
-1-12];
（g）;
6．1．3使用函数的边缘检测
[]（f,‘’,）
g是一个逻辑数组，其值为：
在f中检测到边缘的位置为1，其他位置为零；
t是是用的阈值；
为边缘监测器方法，可选为：
‘’,‘’,‘’,‘’（）,‘’,‘’等；
包含两部分：
T为指定的阈值，第二部分为（检测边缘的首选方向：
‘’,‘’,‘’），或（标准方差），或H（指定的滤波函数）。
练习24
[]（f,‘’）;
（）;
6．2使用变换的线检测
练习25
设计与实现一个基于变换的直线检测器。
6．3阈值处理
6．3．1全局阈值处理
（f）
T是阈值，归一化为0至1之间的值。
6．3．2局部阈值处理
通过一个形态学顶帽算子并对得到的结果使用来计算。
练习26
（g）;
6．4基于区域的分割
6．4．1区域生长
6．4．2区域分裂和合并
练习27
设计与实现一个基于区域生长的分割程序。
6．5使用分水岭变换的分割
练习28
2（f,（f））变成2值图像
取反，即非
（）对二值图像距离变换
=0;
g2;
（g2）;
6．6分割后处理
2=
（1）
填充二进制图像的背景色。
（形态学处理）
练习29
1=[10000000
11111000
10001010
10001110
11110111
10011010
10001110]
2=（1,3,3,8）
1'
3=2（I）;
4=（3,'
（3）
（4）
二进制图像区域打开，清除小物体。
7表示与描述
7．1二进制图像对象的参数测量
=（）
计算二进制图像对象的面积。
计算二进制图像的欧拉数。
练习30
=（'
%=15799
%2
计算二进制图像中对象的周长。
练习31
1=（'
2=（1,8）;
（1）
（2）
在二进制图像中选择对象
练习32
c=[1690144];
r=[85197247];
2=（1,4）;
7．2其他参数测量
b=2（A）
计算矩阵元素的标准偏移。
B=2（A,[mn]）
计算矩阵元素的平均值
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